DE102016001327A1 - Dual polarized antenna - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine dual polarisierte Antenne, mit einem Dipol-Strahler (1), einem Hohlraum-Resonator-Strahler (2) und einem Reflektor (3). Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum-Resonator-Strahler (2q) unterhalb des Reflektors (3) angeordnet ist und durch einen Schlitz (4) im Reflektor abstrahlt, und dass der Dipol-Strahler (1) oberhalb des Reflektors (3) angeordnet ist, wobei eine Signalleitung (5) und/oder ein Träger (19) des Dipol-Strahlers (1) durch den Schlitz (4) hindurch geht.The present invention relates to a dual polarized antenna comprising a dipole radiator (1), a cavity resonator radiator (2) and a reflector (3). The invention is characterized in that the cavity resonator radiator (2q) is arranged below the reflector (3) and radiates through a slot (4) in the reflector, and that the dipole radiator (1) above the reflector (3). is arranged, wherein a signal line (5) and / or a support (19) of the dipole radiator (1) passes through the slot (4).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine dual polarisierte Antenne, mit einem Dipolstrahler, einem Hohlraumresonatorstrahler und einem Reflektor. Insbesondere handelt es sich dabei um eine dual polarisierte Antenne für eine Mobilfunkbasisstation.The present invention relates to a dual polarized antenna comprising a dipole radiator, a cavity resonator radiator and a reflector. In particular, this is a dual polarized antenna for a mobile radio base station.
Im Bereich der Mobilfunkantennen werden dual polarisierte Antennen üblicherweise durch die Dipole oder Schlitzstrahler zur Verfügung gestellt, wobei die zwei orthogonalen Polarisationen durch eine 90°-Drehung zweier identischer Strahler erzeugt werden. Hierdurch benötigen dual polarisierte Antennen jedoch in beide Polarisationsrichtungen relativ viel Volumen.In the field of mobile radio antennas, dual polarized antennas are usually provided by the dipoles or slit radiators, the two orthogonal polarizations being produced by a 90 ° rotation of two identical radiators. As a result, however, dual polarized antennas require relatively much volume in both directions of polarization.
Es wurden bereits verschiedentlich Versuche unternommen, den Platzbedarf orthogonal polarisierter Antennen durch die Verwendung unterschiedlicher Strahler und insbesondere durch eine Kombination aus einem Dipolstrahler und einem Hohlraum-Resonator-Strahler oder einem Schlitzstrahler zu verbessern.Various attempts have already been made to improve the space requirements of orthogonally polarized antennas by using different radiators and in particular by a combination of a dipole radiator and a cavity resonator radiator or a slot radiator.
Aus Druckschrift
Aus der Druckschrift
Die Druckschriften
Weitere Antennenanordnungen sind aus der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine kompakte dual polarisierte Antenne zur Verfügung zu stellen. Bevorzugt soll die dual polarisierte Antenne dabei einen geringen Abstrahlwinkel aufweisen.The object of the present invention is to provide a compact dual polarized antenna. Preferably, the dual polarized antenna should have a low radiation angle.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine dual polarisierte Antenne gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved by a dual polarized antenna according to
Die vorliegende Erfindung umfasst eine dual polarisierte Antenne mit einem Dipolstrahler, einem Hohlraumresonatorstrahler und einem Reflektor. Erfindungsgemäß ist der Hohlraumresonatorstrahler dabei unterhalb des Reflektors angeordnet und strahlt durch einen Schlitz im Reflektor ab. Der Dipolstrahler ist oberhalb des Reflektors angeordnet. In einer ersten Variante ist dabei eine Signalleitung des Dipolstrahlers durch den Schlitz im Reflektor hindurch geführt. In einer zweiten Variante geht ein Träger des Dipol-Strahlers durch den Schlitz hindurch. Beide Varianten sind unabhängig voneinander Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Bevorzugt werden jedoch beide Varianten in Kombination eingesetzt.The present invention comprises a dual polarized antenna having a dipole radiator, a cavity resonator radiator and a reflector. According to the invention the cavity resonator is arranged below the reflector and radiates through a slot in the reflector. The dipole radiator is arranged above the reflector. In a first variant, a signal line of the dipole radiator is guided through the slot in the reflector. In a second variant, a carrier of the dipole radiator passes through the slot. Both variants are independently subject of the present invention. Preferably, however, both variants are used in combination.
Die dual polarisierte Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung besteht damit anders als bekannte dual polarisierte Antennen, welche aus einer Kombination zweier um 90° zueinander gedrehter identischer Strahler besteht, aus zwei Strahlern unterschiedlicher Bauart. Hierdurch ergibt sich eine in Richtung einer der Polarisationen kompakte Bauform sowie Kombinations- und Verschachtelungsmöglichkeiten mit weiteren Antennen. Weiterhin wird durch die Anordnung der Strahler oberhalb bzw. unterhalb des Reflektors eine gute Trennung zwischen dem Dipolstrahler und dem Hohlraumresonatorstrahler und eine gute Richtcharakteristik erreicht. Die durch den Schlitz geführte Signalleitung vermeidet Störungen in der Abstrahlcharakteristik des Hohlraumresonatorstrahlers. Der durch den Schlitz geführte Träger erlaubt eine besonders einfache Konstruktion und eine einfache Positionierung des Dipolstrahlers über dem Schlitz. Bevorzugt erstreckt sich die Signalleitung und/oder der Träger aus dem Hohlraum des Hohlraum-Resonator-Strahlers durch den Schlitz nach oben.The dual polarized antenna according to the present invention is thus different from known dual polarized antennas, which consists of a combination of two rotated by 90 ° to each other identical radiator, two radiators of different types. This results in a compact design in the direction of one of the polarizations as well as combination and nesting possibilities with further antennas. Furthermore, a good separation between the dipole radiator and the cavity resonator and a good directional characteristic is achieved by the arrangement of the radiator above or below the reflector. The guided through the slot signal line avoids interference in the radiation characteristic of the cavity resonator. The guided through the slot support allows a particularly simple construction and easy positioning of the dipole radiator over the slot. Preferably, the signal line and / or the carrier extends from the cavity of the cavity resonator radiator through the slot upwards.
Bevorzugt handelt es sich bei der dual polarisierten Antenne der vorliegenden Erfindung um eine Antenne für eine Mobilfunkbasisstation.Preferably, the dual polarized antenna of the present invention is an antenna for a mobile radio base station.
Bevorzugt ist der Dipolstrahler über die Signalleitung, welche durch den Schlitz hindurch geführt ist, elektrisch mit einem unterhalb des Reflektors angeordneten Speisepunkt verbunden. An dem Speisepunkt kann die Signalleitung bspw. mit einem Koaxialkabel in Verbindung stehen. In einer alternativen Ausführungsform, in der nur der Träger durch den Schlitz hindurch geht, kann der Speisepunkt jedoch auch oberhalb des Reflektors liegen.Preferably, the dipole radiator is electrically connected via the signal line, which is guided through the slot, to a feed point arranged below the reflector. At the feed point, the signal line may, for example, be connected to a coaxial cable. However, in an alternative embodiment in which only the carrier passes through the slot, the feed point may also be above the reflector.
Alternativ oder zusätzlich ist der Dipolstrahler bevorzugt durch den durch den Schlitz geführten Träger mechanisch an einem unterhalb des Reflektors angeordneten Befestigungspunkt gehalten, und insbesondere über den Träger mit dem den Hohlraum des Hohlraumresonators bildenden Gehäuse verbunden.Alternatively or additionally, the dipole radiator is preferably guided through the slot Carrier mechanically held at an arranged below the reflector attachment point, and in particular connected via the carrier with the cavity of the cavity resonator housing forming.
In einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Dipolstrahler und/oder die Signalleitung des Dipolstrahlers durch die Metallisierung einer Leiterplatte gebildet, welche sich aus dem Hohlraum des Hohlraumstrahlers heraus nach oben durch den Schlitz erstreckt. Die Leiterplatte bildet damit den Träger des Dipolstrahlers und trägt zudem die Signalleitung des Dipolstrahlers.In a first embodiment of the present invention, the dipole radiator and / or the signal line of the dipole radiator is formed by the metallization of a printed circuit board, which extends from the cavity of the cavity radiator up through the slot. The circuit board thus forms the carrier of the dipole radiator and also carries the signal line of the dipole radiator.
Die Signalleitung kann dabei insbesondere als Mikrostreifenleitung und/oder gekoppelte Mikrostreifenleitung und/oder koplanare Streifenleitung oder koplanare Schlitzleitung auf der Leiterplatte ausgebildet sein, welche sich auf der Leiterplatte aus dem Hohlraum durch den Schlitz nach oben erstreckt. Die beiden Arme des Dipolstrahlers werden bevorzugt durch eine einseitig aufgebrachte Metallisierung der Leiterplatte gebildet, im Fall einer ballancierten Signalleitung. Im Fall einer unballancierten Signalleitung werden die beiden Arme des Dipolstrahlers bevorzugt durch eine beidseitig aufgebrachte Metallisierung der Leiterplatte gebildet.The signal line can be designed in particular as microstrip line and / or coupled microstrip line and / or coplanar strip line or coplanar slot line on the circuit board, which extends on the circuit board from the cavity through the slot upwards. The two arms of the dipole radiator are preferably formed by a metallization of the printed circuit board applied on one side, in the case of a ballanced signal line. In the case of an unballanced signal line, the two arms of the dipole radiator are preferably formed by a metallization of the printed circuit board applied on both sides.
Die Leiterplatte weist bevorzugt einen Speisepunkt des Dipol-Strahlers auf. Alternativ oder zusätzlich kann sie einen oder mehrere mechanische Befestigungspunkte zur Befestigung mit dem den Hohlraum des Hohlraumresonators bildenden Gehäuse aufweisen.The printed circuit board preferably has a feed point of the dipole radiator. Alternatively or additionally, it may comprise one or more mechanical attachment points for attachment to the cavity forming the cavity of the cavity.
In möglichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Metallisierung der Leiterplatte weiterhin eine Impedanzanpassung und/oder eine Filterstruktur und/oder einen Hybridkoppler und/oder einen Balun und/oder eine Feldsymmetrierungsstruktur zum speisen symmetrischer und/oder differentieller Antennen umfassen.In possible embodiments of the present invention, the metallization of the printed circuit board may further comprise an impedance matching and / or a filter structure and / or a hybrid coupler and / or a balun and / or a field balancing structure for feeding symmetrical and / or differential antennas.
Bevorzugt erstreckt sich die Leiterplatte senkrecht zur Ebene des Reflektors durch den Schlitz. Bevorzugt erstreckt sich die Leiterplatte dabei parallel zur Längsachse des Schlitzes und/oder entlang einer Mittelachse des Schlitzes.Preferably, the circuit board extends through the slot perpendicular to the plane of the reflector. Preferably, the printed circuit board extends parallel to the longitudinal axis of the slot and / or along a central axis of the slot.
Die Leiterplatte kann mechanisch mit einer Bodenplatte, den Seitenwänden, der Deckenplatte des Hohlraums oder seitlichen Enden des Schlitzes mechanisch verbunden sein.The circuit board may be mechanically connected mechanically to a bottom plate, the side walls, the cavity ceiling plate, or side ends of the slot.
In einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Dipolstrahler und/oder die Signalleitung des Dipolstrahlers und/oder der Träger des Dipolstrahlers durch eine Blechstruktur und/oder als Luftleitungen realisiert. Insbesondere können dabei die durch eine Blechstruktur gebildeten Signalleitungen gleichzeitig auch den Träger des Dipolstrahlers bilden. Zusätzlich können in diesem Fall noch weitere Trägerelemente für die Blechstruktur vorgesehen sein, welch nicht notwendigerweise durch den Schlitz hindurch gehen müssen und bspw. aus dielektrischem Material bestehen können. Bevorzugt bildet ein Sockelbereich der Blechstruktur die Signalleitung des Dipol-Strahlers und/oder den Träger des Dipol-Strahlers und erstreckt sich aus dem Hohlraum des Hohlraumstrahlers heraus nach oben durch den Schlitz. Weiterhin kann ein Kopfbereich der Blechstruktur den Dipol-Strahler bilden.In a second embodiment of the present invention, the dipole radiator and / or the signal line of the dipole radiator and / or the carrier of the dipole radiator is realized by a sheet metal structure and / or as air ducts. In particular, the signal lines formed by a sheet metal structure can simultaneously form the carrier of the dipole radiator. In addition, in this case, further support elements may be provided for the sheet metal structure, which need not necessarily pass through the slot and may, for example, consist of dielectric material. Preferably, a base region of the sheet metal structure forms the signal line of the dipole radiator and / or the carrier of the dipole radiator and extends out of the cavity of the cavity radiator up through the slot. Furthermore, a head region of the sheet metal structure can form the dipole radiator.
Die Blechstruktur kann in gleicher Weise gestaltet sein und/oder die gleichen Elemente umfassen wie die oben bereits beschriebene Metallisierung einer Leiterplatte, nur dass im Unterschied zur Ausführungsform mit einer Leiterplatte auf ein Substrat verzichtet wird.The sheet metal structure may be designed in the same way and / or comprise the same elements as the above-described metallization of a printed circuit board, except that in contrast to the embodiment with a printed circuit board is dispensed with a substrate.
Die Blechstruktur kann aus einer Blechplatte gestanzt sein und/oder durch das Abwinkeln von Blechelementen geformt sein.The sheet metal structure may be stamped from a sheet metal plate and / or be formed by the bending of sheet metal elements.
Weiterhin kann eine Anregungsstruktur zur Anregung des Hohlraumstrahlers vorgehsehen sein, welche sich innerhalb des Hohlraums des Hohlraum-Resonator-Strahlers erstreckt. Die Anregungsstruktur kann dabei insbesondere durch zwei sich innerhalb des Hohlraums erstreckende Leiter gebildet sein.Furthermore, an excitation structure for exciting the cavity radiator can be provided, which extends within the cavity of the cavity resonator radiator. The excitation structure can be formed in particular by two conductors extending within the cavity.
Bevorzugt erstreckt sich die Anregungsstruktur und/oder erstrecken sich die Leiter senkrecht zur Längsachse des Schlitzes und/oder parallel zur Ebene des Reflektors. Insbesondere kann sich die Anregungsstruktur senkreckt zu einer den Dipolstrahler und/oder die Signalleitung des Dipolstrahlers tragenden Leiterplatte erstrecken.The excitation structure preferably extends and / or the conductors extend perpendicular to the longitudinal axis of the slot and / or parallel to the plane of the reflector. In particular, the excitation structure can extend perpendicularly to a printed circuit board carrying the dipole radiator and / or the signal line of the dipole radiator.
Alternativ oder zusätzlich kann die Anregungsstruktur bezüglich der Längserstreckung des Schlitzes mittig unterhalb des Schlitzes im Hohlraum angeordnet sein.Alternatively or additionally, the excitation structure with respect to the longitudinal extension of the slot can be arranged centrally below the slot in the cavity.
In einer ersten Ausführungsform handelt es sich bei den Leitern der Anregungsstruktur um den Innenleiter und den Außenleiter eines Koaxialkabels. Insbesondere kann ein Bereich des Koaxialkabels, welcher einen Außenleiter und einen Innenleiter aufweist, von einer Seitenwand des Hohlraumes bis unter den Schlitz reichen. Von dort aus ist der Innenleiter bevorzugt weiter in Richtung auf die andere Seitenwand geführt, während der Außenleiter unterhalb des Schlitzes endet. Der Außenleiter und/oder der Innenleiter können mit der jeweiligen Seitenwand elektrisch gekoppelt sein, insbesondere kapazitiv oder galvanisch.In a first embodiment, the conductors of the excitation structure are the inner conductor and the outer conductor of a coaxial cable. In particular, a portion of the coaxial cable having an outer conductor and an inner conductor may extend from a side wall of the cavity to below the slot. From there, the inner conductor is preferably guided further in the direction of the other side wall, while the outer conductor ends below the slot. The outer conductor and / or the inner conductor may be electrically coupled to the respective side wall, in particular capacitively or galvanically.
In einer zweiten Ausführungsform handelt es sich bei den Leitern der Anregungsstruktur um Luftwellenleiter. Insbesondere kann die Anregungsstruktur dabei als Blechstruktur ausgebildet sein. In a second embodiment, the conductors of the excitation structure are air waveguides. In particular, the excitation structure can be formed as a sheet metal structure.
In einer dritten Ausführungsform werden die Leiter der Anregungsstruktur des Hohlraumstrahlers durch die Metallisierung einer Leiterplatte gebildet. Die Leiterplatte kann sich dabei bevorzugt senkrecht zu einer die Signalleitung und/oder den Dipolstrahler tragenden Leiterplatte erstrecken. Bevorzugt ist dabei eine Mikrostreifenleitung und/oder gekoppelte Mikrostreifenleitung und/oder koplanare Streifenleitung oder koplanare Schlitzleitung vorgesehen, welche sich von einer Seitenwand bis unter den Schlitz erstreckt, wobei einer der Leiter von dort aus weiter in Richtung auf die zweite Seitenwand weitergeführt ist, während der andere Leiter unter dem Schlitz endet.In a third embodiment, the conductors of the excitation structure of the cavity radiator are formed by the metallization of a printed circuit board. The printed circuit board may preferably extend perpendicular to a printed circuit board carrying the signal line and / or the dipole radiator. Preference is given to a microstrip line and / or coupled microstrip line and / or coplanar stripline or coplanar slot line is provided, which extends from a side wall to below the slot, wherein one of the conductors is continued from there in the direction of the second side wall, while the other ladder ends under the slot.
Weiterhin kann die Anregungsstruktur und/oder die die Anregungsstruktur tragende Leiterplatte einen außerhalb des Hohlraums des Hohlraumstrahlers angeordneten Speisepunkt aufweisen, wobei bevorzugt in dem Speisepunkt ein Koaxialkabel mit einer auf der Leiterplatte angeordneten oder durch eine Blechstruktur gebildeten Leitung kontaktiert ist. Bevorzugt geht die Leiterplatte oder Blechstruktur dabei im Bereich des Speisepunktes durch eine Aussparung in einer Seitenwand des Hohlraums des Hohlraumresonatorstrahlers hindurch. Die Leiterplatte oder Blechstruktur kann mit einer oder beiden Seitenwänden des Hohlraumes mechanisch verbunden sein.Furthermore, the excitation structure and / or the circuit board carrying the excitation structure may have a feed point arranged outside the cavity of the cavity radiator, wherein a coaxial cable is preferably contacted in the feed point with a line arranged on the printed circuit board or formed by a sheet metal structure. Preferably, the printed circuit board or sheet metal structure passes through a recess in a side wall of the cavity of the cavity resonator in the region of the feed point. The printed circuit board or sheet metal structure may be mechanically connected to one or both side walls of the cavity.
Unabhängig von der konkreten Ausgestaltung der Leiter der Anregungsstruktur erstreckt sich bevorzugt der erste Leiter über einen ersten Teil seiner Erstreckung parallel zu dem zweiten Leiter und bildet zusammen mit diesem einen geschlossenen oder offenen Wellenleiter. Bevorzugt endet der zweite Leiter dabei unterhalb des Schlitzes. Weiterhin bevorzugt verläuft der zweite Teil des Leiters frei, sodass der freie Teil des zweiten Leiters zusammen mit dem ersten Leiter die Anregungsstruktur für den Hohlraumresonator bildet. Dabei kann einer oder können beide Leiter mit den Seitenwänden des Resonators elektrisch gekoppelt sein.Irrespective of the specific design of the conductors of the excitation structure, the first conductor preferably extends over a first part of its extension parallel to the second conductor and together with the latter forms a closed or open waveguide. Preferably, the second conductor ends below the slot. Further preferably, the second part of the conductor is exposed, so that the free part of the second conductor together with the first conductor forms the excitation structure for the cavity resonator. In this case, one or both conductors may be electrically coupled to the sidewalls of the resonator.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Anregungsstruktur des Hohlraumresonatorstrahlers und kann insbesondere mindestens ein Leiter der Anregungsstruktur durch eine Aussparung in dem Träger und insbesondere der den Dipolstrahler und/oder die Signalleitung des Dipolstrahlers tragenden Leiterplatte oder der diese bildenden Blechstruktur hindurchgehen. Hierdurch ergibt sich eine besonders kompakte Anordnung. Die Aussparung in der Leiterplatte oder der Blechstruktur, durch welche die Anregungsstruktur hindurchgeht, kann dabei geschlossen sein, d. h. einen Durchbruch durch die Leiterplatte oder die Blechstruktur bilden. Die Aussparung kann in einer anderen Ausführungsform jedoch auch nach außen hin offen sein, bspw. in Form eines Schlitzes, was eine noch einfachere Montage ermöglicht, da die Anregungsstruktur des Hohlraumresonatorstrahlers und die Leiterplatte oder die Blechstruktur für den Dipolstrahler hierdurch ineinander geschoben werden können. Insbesondere kann dabei eine die Anregungsstruktur tragende Leiterplatte oder eine diese bildende Blechstruktur durch die Aussparung in der den Dipolstrahler und/oder die Signalleitung des Dipolstrahlers tragenden Leiterplatte oder der diese bildenden Blechstruktur hindurchgehen. Bevorzugt handelt es sich in diesem Fall um eine nach außen hin offene Aussparung.According to one possible embodiment of the present invention, the excitation structure of the cavity resonator and, in particular, at least one conductor of the excitation structure can pass through a recess in the carrier and in particular the printed circuit board supporting the dipole radiator and / or the signal line of the dipole radiator or the sheet metal structure forming the latter. This results in a particularly compact arrangement. The recess in the printed circuit board or the sheet-metal structure, through which the excitation structure passes, may be closed, d. H. form a breakthrough through the printed circuit board or the sheet metal structure. In another embodiment, however, the recess may also be open to the outside, for example in the form of a slot, which allows an even simpler installation, since the excitation structure of the cavity resonator and the printed circuit board or the sheet metal structure for the dipole radiator can be pushed into each other. In particular, a printed circuit board carrying the excitation structure or a sheet metal structure forming this can pass through the cutout in the printed circuit board carrying the dipole radiator and / or the signal line of the dipole radiator or the sheet metal structure forming this. Preferably, in this case, it is an opening that is open towards the outside.
Weiterhin kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass sich die Anregungsstruktur und bevorzugt beide Leiter der Anregungsstruktur des Hohlraumresonatorstrahlers durch eine Seitenwand des Hohlraumes des Hohlraumresonators hinein in den Hohlraum erstreckt oder erstecken. Hierdurch ergibt sich ein besonders kompakter Anschluss für die Anregungsstruktur des Hohlraumresonatorstrahlers. Bevorzugt ist die Anregungsstruktur des Hohlraumresonatorstrahlers dabei mechanisch mit der Seitenwand des Hohlraums des Hohlraumresonators verbunden, und insbesondere in dem Durchbruch in der Seitenwand des Hohlraums des Hohlraumresonators, durch welche die Anregungsstruktur in den Hohlraum hineingeführt ist, festgelegt. In einer möglichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Anregungsstruktur auch mit der gegenüberliegenden Seitenwand des Hohlraumes mechanisch verbunden sein.Furthermore, it can be provided according to the invention that the excitation structure and preferably both conductors of the excitation structure of the cavity resonator extend or extend into the cavity through a side wall of the cavity of the cavity resonator. This results in a particularly compact connection for the excitation structure of the cavity resonator. Preferably, the excitation structure of the cavity resonator is mechanically connected to the side wall of the cavity of the cavity, and in particular in the opening in the side wall of the cavity of the cavity, through which the excitation structure is guided into the cavity determined. In one possible embodiment of the present invention, the excitation structure may also be mechanically connected to the opposite side wall of the cavity.
Bevorzugt ist der Speisepunkt des Dipolstrahlers bei der erfindungsgemäßen dual polarisierten Antenne unterhalb einer Anregungsstruktur des Hohlraumresonatorstrahlers im Hohlraum des Hohlraumresonatorstrahlers angeordnet, insbesondere in einem Bodenbereich des Hohlraumes. Alternativ kann er Speisepunkt auch außerhalb und bevorzugt unterhalb des Hohlraums des Hohlraumresonatorstrahlers angeordnet sein, insbesondere unterhalb einer Bodenplatte des Hohlraumes. In beiden Fällen wird die Strahlung des Hohlraumresonatorstrahlers durch die Ankoppelung des Dipolstrahlers nicht oder nur geringfügig beeinflusst.In the case of the dual-polarized antenna according to the invention, the feed point of the dipole radiator is preferably arranged below an excitation structure of the cavity resonator radiator in the cavity of the cavity radiator radiator, in particular in a bottom region of the cavity. Alternatively, it can be arranged feed point outside and preferably below the cavity of the cavity resonator, in particular below a bottom plate of the cavity. In both cases, the radiation of the cavity resonator is not or only slightly influenced by the coupling of the dipole radiator.
Bevorzugt kann in dem Speisepunkt des Dipolstrahlers ein Koaxialkabel mit einer auf einer Leiterplatte angeordneten oder durch eine Blechstruktur gebildeten Leitung kontaktiert sein. Befindet sich der Speisepunkt dabei im Hohlraum des Hohlraumresonators, verläuft die Koaxialleitung bevorzugt im Bodenbereich des Hohlraumes oberhalb der Bodenplatte, und hat hierdurch nur einen geringfügigen Einfluss auf die Strahlungscharakteristik des Hohlraumresonatorstrahlers. Noch geringer ist der Einfluss, wenn der Speisepunkt unterhalb des Hohlraumes und insbesondere unterhalb einer Bodenplatte des Hohlraumes vorgesehen ist, sodass das Koaxialkabel außerhalb des Hohlraumes verläuft. Insbesondere kann dabei ein Bereich der Leiterplatte oder der Blechstruktur, welcher den Speisepunkt trägt, durch die Bodenplatte des Hohlraumes hindurchgeführt sein.Preferably, in the feed point of the dipole radiator, a coaxial cable can be contacted with a line arranged on a printed circuit board or formed by a sheet metal structure. The feed point is located in the cavity of the cavity resonator, the coaxial line preferably extends in the bottom region of the cavity above the bottom plate, and thus has only a minor effect on the radiation characteristics of the Hohlraumresonatorstrahlers. Even less is the influence, if the feeding point is provided below the cavity and in particular below a bottom plate of the cavity, so that the coaxial cable extends outside the cavity. In particular, a region of the printed circuit board or of the sheet metal structure which carries the feed point can be guided through the bottom plate of the hollow space.
Die Anregungsstruktur kann mindestens eine metallische Anpassstruktur und/oder Strahlerstruktur aufweisten. Eine solche Anpassstruktur und/oder Strahlerstruktur kann das lösen der Welle von der Anregungsstruktur vereinfachen.The excitation structure may have at least one metallic matching structure and / or radiator structure. Such an adaptation structure and / or emitter structure can simplify the release of the wave from the excitation structure.
Bevorzugt vergrößert die Anpassstruktur und/oder Strahlerstruktur die Breite der Leiter der Anregungsstruktur nach außen hin.Preferably, the matching structure and / or the radiator structure increases the width of the conductors of the excitation structure to the outside.
Alternativ oder zusätzlich kann die Anpassstruktur und/oder Strahlerstruktur einen metallischen Körper aufweisen, wobei der metallische Körper bevorzugt um die Anregungsstruktur des Hohlraumresonators angeordnet ist. Bevorzugt sind um beide Leiter der Anregungsstruktur ein metallischer Körper angeordnet, welcher weiter bevorzugt einen zylindrischen und/oder konischen Abschnitt aufweist. Weiterhin bevorzugt können die Leiter der Anregungsstruktur des Hohlraumresonatorstrahlers dabei axial durch die Körper hindurchtreten.Alternatively or additionally, the matching structure and / or the radiator structure may comprise a metallic body, wherein the metallic body is preferably arranged around the excitation structure of the cavity resonator. Preferably, a metallic body, which further preferably has a cylindrical and / or conical section, is arranged around both conductors of the excitation structure. Further preferably, the conductors of the excitation structure of the cavity resonator can thereby pass axially through the body.
Die Anpassstruktur und/oder Strahlerstruktur kann einen zusätzlichen Strahler bilden, insbesondere einen Dipolstrahler, welcher den Hohlraumresonatorstrahler anregt. Alternativ oder zusätzlich kann die Anpassstruktur und/oder Strahlerstruktur als parasitäres Element wirken.The matching structure and / or the radiator structure can form an additional radiator, in particular a dipole radiator, which excites the cavity resonator radiator. Alternatively or additionally, the matching structure and / or radiator structure can act as a parasitic element.
In einer möglichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann in dem Hohlraum des Hohlraumresonatorstrahlers mindestens ein dielektrischer Körper angeordnet sein. Hierdurch lässt sich die Größe des Hohlraums reduzieren.In one possible embodiment of the present invention, at least one dielectric body may be arranged in the cavity of the cavity resonator. This can reduce the size of the cavity.
Weiterhin bevorzugt kann der Hohlraumresonatorstrahlers an Stellen hoher und/oder niedriger elektrischer Feldstärken mit einem oder mehreren metallischen und/oder dielektrikschen Körpern gefüllt werden.Further preferably, the cavity resonator can be filled at locations of high and / or low electrical field strengths with one or more metallic and / or dielectrics bodies.
Erfindungsgemäß können sich entlang der Ränder des Schlitzes kragenförmige Wandbereiche erstrecken. Hierdurch werden die Ränder des Schlitzes durch Wandbereiche gebildet, welche sich zumindest auch in Höhenrichtung erstrecken. Die die Ränder bildenden Wandbereiche verbessern dabei die Richtcharakteristik des Hohlraum-Resonator-Strahlers erheblich. Die Wandbereiche können sich dabei oberhalb und/oder unterhalb des Reflektors erstrecken. In einer bevorzugten Ausgestaltung erstrecken sich die Wandbereiche dabei umlaufend entlang der Ränder des Schlitzes.According to the invention, collar-shaped wall regions can extend along the edges of the slot. As a result, the edges of the slot are formed by wall portions which extend at least also in the height direction. The wall regions forming the edges thereby considerably improve the directional characteristic of the cavity resonator radiator. The wall areas may extend above and / or below the reflector. In a preferred embodiment, the wall areas extend circumferentially along the edges of the slot.
Bevorzugt bilden die Wandbereiche eine Stufe mit dem Reflektor. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform können die Wandbereiche dabei senkrecht auf der durch den Reflektor gebildeten Ebene stehen. Es sind jedoch auch Anordnungen denkbar, bei welchen die Wandbereiche sich schräg zur Ebene des Reflektors erstrecken.The wall regions preferably form a step with the reflector. In a particularly preferred embodiment, the wall regions may be perpendicular to the plane formed by the reflector. However, arrangements are also conceivable in which the wall regions extend obliquely to the plane of the reflector.
Weiterhin sind Ausführungsformen denkbar, bei welchen die Wandbereiche mehrere Stufen bilden.Furthermore, embodiments are conceivable in which the wall regions form a plurality of stages.
Im Folgenden werden bevorzugte Bemessungen der erfindungsgemäßen dual polarisierten Antenne näher beschrieben. Die einzelnen Maße sind dabei jeweils für sich genommen von Vorteil, und können beliebig kombiniert werden.In the following, preferred dimensions of the dual polarized antenna according to the invention are described in more detail. The individual dimensions are in each case of advantage, and can be combined as desired.
Soweit die Maße in Abhängigkeit von Lambda angegeben werden, handelt es sich bei Lambda um die Wellenlänge der Mittenfrequenz des untersten Resonanzfrequenzbereiches des jeweiligen Strahlers.As far as the dimensions are given as a function of lambda, lambda is the wavelength of the center frequency of the lowest resonant frequency range of the respective radiator.
Ganz allgemein wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter einem Resonanzfrequenzbereich ein zusammenhängender Frequenzbereich des Strahlers bezeichnet, welcher eine Rückflussdämpfung von besser 6 dB, oder besser 10 dB oder besser 15 dB aufweist. Die einzelnen Grenzwerte der Rückflussdämpfung hängen dabei von der konkreten Anwendung der Antenne ab. Die Mittenfrequenz ist als das arithmetische Mittel der obersten und der untersten Frequenz im Resonanzfrequenzbereich definiert.Generally, in the context of the present invention, a resonant frequency range refers to a coherent frequency range of the radiator which has a return loss of better than 6 dB, or better still 10 dB or better 15 dB. The individual limit values of the return loss depend on the specific application of the antenna. The center frequency is defined as the arithmetic mean of the highest and lowest frequencies in the resonant frequency range.
Der Resonanzfrequenzbereich und damit die Mittenfrequenz werden erfindungsgemäß bevorzugt bezüglich der Impedanzlage im Smith-Chart bestimmt, unter Annahme nachfolgender Elemente zur optimalen Impedanzanpassung und/oder Impedanztransformation.The resonant frequency range and thus the center frequency are inventively preferably determined with respect to the impedance position in the Smith chart, assuming subsequent elements for optimal impedance matching and / or impedance transformation.
Die Wellenlänge Lambda ist dabei die Wellenlänge im jeweiligen Medium. Ist der Hohlraum daher mit einem Dielektrikum gefüllt, so beziehen sich die Bemaßungen des Hohlraums und des Schlitzes auf die Wellenlänge im Dielektrikum.The wavelength lambda is the wavelength in the respective medium. Therefore, if the cavity is filled with a dielectric, the dimensions of the cavity and the slot are related to the wavelength in the dielectric.
Im Rahmen der Verwendung der erfindungsgemäßen dual polarisierten Antenne wird unter dem untersten Resonanzfrequenzbereich bevorzugt der unterste zum Senden und/oder Empfangen genutzte Resonanzfrequenzbereich der Antenne verstanden.In the context of the use of the dual-polarized antenna according to the invention, the lowest resonant frequency range is preferably understood to mean the lowest resonant frequency range of the antenna used for transmitting and / or receiving.
Bevorzugt weisen die kragenfömigen Wandbereiche, welche sich entlang der Ränder Schlitzes erstrecken, in Höhenrichtung eine Erstreckung zwischen 0,01 Lambda und 0,4 Lambda auf, bevorzugt zwischen 0,05 Lambda und 0,2 Lambda. Bei Lambda handelt es sich dabei um die Wellenlänge der Mittenfrequenz des untersten Resonanzfrequenzbereichs des Hohlraum-Resonator-Strahlers. In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung können die Wandbereiche eine konstante Höhe aufweisen.The collar-shaped wall regions, which extend along the edges of the slit, preferably have an extension in the vertical direction between 0.01 lambda and 0.4 lambda, preferably between 0.05 lambda and 0.2 lambda. Lambda is the wavelength of the center frequency of the lowest resonant frequency range of the cavity resonator radiator. In a preferred embodiment of the present invention, the wall portions may have a constant height.
Gemäß der vorliegenden Erfindung strahlt der Hohlraumresonatorstrahler durch einen Schlitz im Reflektor ab. Der Hohlraum des Hohlraumresonators ist daher zumindest in einem Teilbereich breiter als der Schlitz. Die hat erfindungsgemäß den Vorteil, dass der Dipolstrahler besser von dem Hohlraumresonatorstrahler entkoppelt ist und/oder eine höhere Richtwirkung erzielt, da er im Wesentlichen den Reflektor sieht.According to the present invention, the cavity resonator radiates through a slot in the reflector. The cavity of the cavity is therefore wider than the slot at least in a portion. The invention has the advantage that the dipole radiator is better decoupled from the cavity resonator and / or achieved a higher directivity, as he sees the reflector substantially.
Bevorzugt sind die in Längsrichtung des Schlitzes verlaufenden Seitenwände des Hohlraums des Hohlraumresonatorstrahlers in Breitenrichtung von den Rändern des Schlitzes beabstandet angeordnet. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform folgen die Seitenwände der Form der Ränder des Schlitzes, insbesondere mit einem gewissen Abstand.Preferably, the side walls extending in the longitudinal direction of the cavity of the cavity resonator are arranged in the width direction spaced from the edges of the slot. In a particularly preferred embodiment, the side walls follow the shape of the edges of the slot, in particular with a certain distance.
Bevorzugt beträgt der Abstand zwischen den Seitenwänden und den Rändern in Breitenrichtung weniger als 0,25 Lambda und weiter bevorzugt weniger als 0,15 Lambda, wobei es sich bei Lambda um die Wellenlänger der Mittenfrequenz des untersten Resonanzfrequenzbereichs des Hohlraumresonatorstrahlers handelt. Alternativ oder zusätzlich kann der Abstand zwischen den Seitenwänden und den Rändern in Breitenrichtung größer als 0,05 Lambda und bevorzugt größer als 0,1 Lambda betragen, wobei es sich bei Lambda um die Wellenlänger der Mittenfrequenz des untersten Resonanzfrequenzbereiches des Hohlraumresonatorstrahlers handelt.Preferably, the distance between the sidewalls and the widthwise edges is less than 0.25 lambda and more preferably less than 0.15 lambda, where lambda is the wavelength of the center frequency of the lowest resonant frequency range of the cavity resonator. Alternatively or additionally, the distance between the side walls and the edges in the width direction may be greater than 0.05 lambda and preferably greater than 0.1 lambda, where lambda is the wavelengths of the center frequency of the lowest resonant frequency range of the cavity resonator.
Alternativ oder zusätzlich kann der Abstand zwischen den Seitenwänden und den Rändern in Breitenrichtung zwischen dem 0,5-fachen und dem 1,5-fachen der kleinsten Breite des Schlitzes betragen.Alternatively or additionally, the distance between the side walls and the widthwise edges may be between 0.5 times and 1.5 times the smallest width of the slot.
Besonders bevorzugt ist der Abstand in Breitenrichtung zwischen den Seitenwänden und den Rändern konstant, d. h. die Seitenwände folgen dem Verlauf der Ränder mit einem konstanten Abstand.Particularly preferably, the distance in the width direction between the side walls and the edges is constant, d. H. the side walls follow the course of the edges at a constant distance.
Auch in Längenrichtung können die Seitenwände vom Ende des Schlitzes beabstandet sein. In diesem Fall beträgt der Abstand in Längenrichtung dabei weniger als 0,25 Lambda und weiter bevorzugt weniger als 0,15 Lambda, wobei es sich bei Lambda um die Wellenlänger der Mittenfrequenz des untersten Resonanzfrequenzbereichs des Hohlraumresonatorstrahlers handelt.Also in the length direction, the side walls may be spaced from the end of the slot. In this case, the distance in the length direction is less than 0.25 lambda and more preferably less than 0.15 lambda, where lambda is the wavelength of the center frequency of the lowest resonant frequency range of the cavity resonator.
In einer alternativen Ausführungsform kann der Abstand zwischen den Seitenwänden in Längsrichtung des Schlitzes jedoch der Länge des Schlitzes entsprechen.In an alternative embodiment, however, the distance between the side walls in the longitudinal direction of the slot may correspond to the length of the slot.
Durch eine der oben genannten Bemessungen ergibt sich einerseits ein in Breitenrichtung sehr kompakter Strahler, welcher andererseits eine gute Abstrahlcharakteristik aufweist.By one of the above dimensions, on the one hand results in a very compact in the width direction radiator, on the other hand, has a good radiation characteristics.
Besonders bevorzugt wird der Hohlraum des Hohlraumresonatorstrahlers durch eine Bodenplatte, Seitenwände und eine Deckenplatte gebildet. Gegebenenfalls können dabei die Bodenplatte und/oder die Seitenwände und/oder die Deckenplatte auch einstückig aus einer Metallplatte gefertigt und über Falze miteinander in Verbindung stehen. Bevorzugt ist dabei erfindungsgemäß der Schlitz in der Deckenplatte angeordnet. In einer möglichen Ausführungsform können die Bodenplatte und die Deckenplatte parallel zueinander verlaufen. Alternativ oder zusätzlich können die Seitenwände senkrecht auf der Bodenplatte und/oder der Deckenplatte stehen. An der Deckenplatte sind bevorzugt die kragenförmigen, entlang der Ränder des Schlitzes verlaufenden Wandbereiche angebracht. Das den Hohlraum bildende Gehäuse und insbesondere die Bodenplatte und/oder die Seitenwände und/oder die Deckenplatte und/oder die kragenförmigen Wandbereiche bestehen aus einem leifähigen Material, insbesondere Metallblech.Particularly preferably, the cavity of the cavity resonator is formed by a bottom plate, side walls and a ceiling plate. Optionally, the bottom plate and / or the side walls and / or the ceiling plate can also be made in one piece from a metal plate and communicate with each other via folds. According to the invention, the slot is preferably arranged in the ceiling panel. In a possible embodiment, the bottom plate and the ceiling plate may be parallel to each other. Alternatively or additionally, the side walls may be perpendicular to the bottom plate and / or the ceiling plate. On the ceiling plate, the collar-shaped, along the edges of the slot extending wall regions are preferably attached. The cavity forming housing and in particular the bottom plate and / or the side walls and / or the ceiling plate and / or the collar-shaped wall portions consist of a leifähigen material, in particular sheet metal.
Die Deckenplatte kann erfindungsgemäß elektrisch einen Teil des Reflektors bilden. In einer möglichen konstruktiven Ausgestaltung kann eine Reflektorplatte vorgesehen sein, welche parallel zur Deckenplatte des Hohlraumes verläuft. Die Reflektorplatte kann eine Aussparung aufweisen, in welche die Deckenplatte – bevorzugt bündig – eingefügt ist. Alternativ kann die Deckenplatte unterhalb der Reflektorplatte angeordnet sein, sodass die Aussparung in der Reflektorplatte kleiner ist als die Deckenplatte. Bevorzugt sind die an den Rändern des Schlitzes angeordneten kragenförmigen Wandbereiche an der Deckenplatte des Hohlraumes befestigt und ragen durch die Aussparung in der Reflektorplatte nach oben.The ceiling plate according to the invention can electrically form part of the reflector. In a possible structural embodiment, a reflector plate may be provided, which runs parallel to the ceiling plate of the cavity. The reflector plate may have a recess into which the ceiling plate - preferably flush - is inserted. Alternatively, the ceiling plate can be arranged below the reflector plate, so that the recess in the reflector plate is smaller than the ceiling plate. Preferably, arranged at the edges of the slot collar-shaped wall portions are attached to the ceiling plate of the cavity and protrude through the recess in the reflector plate upwards.
Alternativ können die Deckenplatte und die Reflektorplatte einstückig sein und durch eine einzige Platte gebildet werden.Alternatively, the ceiling plate and the reflector plate may be integral and formed by a single plate.
In einer weiteren Ausführungsform können Bodenplatte und/oder die Seitenwände und/oder die Deckenplatte zusätzlich Materialaussparungen besitzen und/oder aus einem Metallgitter bestehen, um das Gewicht zu senken und/oder die elektrischen Eigenschaften wie z. B. Fernfeld und Bandbreite zu verbessern. Besondern bevorzugt sind dabei Materialaussparungen an Stellen hoher und/oder niedriger elektrischer Feldstärken.In another embodiment, the bottom plate and / or the side walls and / or the ceiling plate may additionally have material recesses and / or consist of a metal grid to reduce the weight and / or the electrical properties such. B. far field and bandwidth to improve. Particularly preferred are material recesses at locations of high and / or low electric field strengths.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Schlitz an seiner schmalsten Stelle eine erste Breite auf, welche kleiner als 0,25 Lambda und bevorzugt kleiner als 0,15 Lambda ist. Alternativ oder zusätzlich kann der Schlitz an seiner breitesten Stelle eine zweite Breite aufweisen, welche kleiner als 0,5 Lambda und bevorzugt kleiner 0,3 Lambda ist. Dabei handelt es sich bei Lambda jeweils um die Wellenlänge der Mittenfrequenz des untersten Resonanzfrequenzbereichs des Hohlraumresonatorstrahlers. According to a preferred embodiment of the present invention, the slot has at its narrowest point a first width which is smaller than 0.25 lambda and preferably smaller than 0.15 lambda. Alternatively or additionally, the slot may have at its widest point a second width, which is smaller than 0.5 lambda and preferably smaller than 0.3 lambda. Lambda is in each case the wavelength of the center frequency of the lowest resonance frequency range of the cavity resonator radiator.
Alternativ oder zusätzlich kann der Schlitz in einem in Längsrichtung mittleren Bereich seine kleinste Breite aufweisen und in den in Längsrichtung neben dem mittleren Bereich angeordneten Bereichen eine größere Breite aufweisen.Alternatively or additionally, the slot may have its smallest width in a longitudinally central region and have a greater width in the regions arranged longitudinally adjacent to the central region.
Bevorzugt weist der Schlitz dabei im mittleren Bereich eine konstante erste Breite auf. Alternativ oder zusätzlich kann der mittlere Bereich eine Länge von 0,1 Lambda bis 0,5 Lambda, bevorzugt von 0,2 Lambda bis 0,3 Lambda aufweisen. Bei Lambda handelt es sich um die Wellenlänger der Mittenfrequenz des untersten Resonanzfrequenzbereichs des Hohlraumresonatorstrahlers.Preferably, the slot has a constant first width in the middle region. Alternatively or additionally, the middle region may have a length from 0.1 lambda to 0.5 lambda, preferably from 0.2 lambda to 0.3 lambda. Lambda is the wavelength of the center frequency of the lowest resonant frequency range of the cavity resonator.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung kann die Breite des Schlitzes in den neben dem mittleren Bereich angeordneten äußeren Bereichen nach außen hin graduell zu einer zweiten Breite ansteigen. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Breite in den äußeren Bereichen über einen ersten Teilbereich graduell zu einer zweiten Breite ansteigt.In a further preferred embodiment, the width of the slot in the arranged adjacent to the central region outer regions to the outside gradually increase to a second width. It is preferably provided that the width in the outer regions increases gradually over a first partial area to a second width.
Alternativ oder zusätzlich kann die Breite in einem zweiten Teilbereich der äußeren Bereiche konstant sein. Weiterhin alternativ oder zusätzlich kann in einem dritten Teilbereich die Breite wieder graduell nach außen hin abnehmen.Alternatively or additionally, the width may be constant in a second subregion of the outer regions. As an alternative or in addition, in a third subregion, the width can gradually decrease outwards again.
Weiterhin kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Differenz zwischen der kleinsten und der größten Breite größer als 0,05 Lambda und weiter bevorzugt größer als 0,1 Lambda ist. Dabei handelt es sich bei Lambda um die Wellenlänge der Mittenfrequenz des untersten Resonanzfrequenzbereichs des Hohlraumresonatorstrahlers. Alternativ oder zusätzlich kann die Differenz zwischen der kleinsten und der größten Breite zwischen dem 0,5-fachen und der 1,5-fachen der kleinsten Breite betragen.Furthermore, it can be provided according to the invention that the difference between the smallest and the largest width is greater than 0.05 lambda and more preferably greater than 0.1 lambda. Lambda is the wavelength of the center frequency of the lowest resonant frequency range of the cavity resonator. Alternatively or additionally, the difference between the smallest and the largest width may be between 0.5 times and 1.5 times the smallest width.
Besonders bevorzugt weist der Schlitz dabei eine Hantelform bzw. eine Knochenform auf.Particularly preferably, the slot has a dumbbell shape or a bone shape.
Alternativ oder zusätzlich kann der Schlitz in Längs- und/oder in Breitenrichtung eine bezüglich der jeweiligen Mittellinie spiegelsymmetrische Form aufweisen.Alternatively or additionally, the slot in the longitudinal and / or in the width direction may have a mirror-symmetrical shape relative to the respective center line.
In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann der Schlitz eine Gesamtlänge von 0,2 Lambda bis 1,0 Lambda aufweisen, bevorzugt von 0,4 Lambda bis 0,8 Lambda. Besonders bevorzugt beträgt die Länge dabei zwischen 0,4 Lambda und 0,6 Lambda. Bei Lambda handelt es sich um die Wellenlänge der Mittenfrequenz des untersten Resonanzfrequenzbereichs des Hohlraumresonatorstrahlers.In one possible embodiment of the present invention, the slot may have an overall length of 0.2 lambda to 1.0 lambda, preferably from 0.4 lambda to 0.8 lambda. Particularly preferably, the length is between 0.4 lambda and 0.6 lambda. Lambda is the wavelength of the center frequency of the lowest resonant frequency range of the cavity resonator.
Die Verwendung eines Schlitzes mit einer der oben genannten Bemessungen vergrößert die Breite des Resonanzfrequenzbereiches des Hohlraumresonatorstrahlers.The use of a slot with one of the above dimensions increases the width of the resonant frequency range of the cavity resonator.
Der Hohlraum des Hohlraumresonatorstrahlers ist in Längsrichtung des Schlitzes bevorzugt gleich lang oder länger als der Schlitz.The cavity of the cavity resonator is preferably the same length or longer than the slot in the longitudinal direction of the slot.
Alternativ oder zusätzlich kann der Hohlraum des Hohlraumresonatorstrahlers in Längsrichtung des Schlitzes eine Länge zwischen 0,3 Lambda und 1,5 Lambda, bevorzugt zwischen 0,5 Lambda und 1,0 Lambda aufweisen. Bei Lambda handelt es sich dabei um die Wellenlänge der Mittenfrequenz des untersten Resonanzfrequenzbereichs des Hohlraumresonatorstrahlers.Alternatively or additionally, the cavity of the cavity resonator in the longitudinal direction of the slot have a length between 0.3 lambda and 1.5 lambda, preferably between 0.5 lambda and 1.0 lambda. Lambda is the wavelength of the center frequency of the lowest resonant frequency range of the cavity resonator.
Alternativ oder zusätzlich kann der Hohlraum des Hohlraumresonatorstrahlers in Längs- und/oder in Breitenrichtung eine bezüglich der jeweiligen senkrecht zur Ebene des Reflektors verlaufenden Mittelebene spiegelsymmetrische Form aufweisen.Alternatively or additionally, the cavity of the cavity resonator in the longitudinal and / or in the width direction with respect to the respective perpendicular to the plane of the reflector extending center plane mirror-symmetrical shape.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist der Hohlraumresonator eine Anregungsstruktur auf, welche in einem Abstand zwischen 0,05 Lambda und 0,6 Lambda, bevorzugt zwischen 0,15 Lambda und 0,35 Lambda oberhalb des Bodens des Hohlraums des Hohlraumresonators angeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich kann der Hohlraumresonator eine Anregungsstruktur aufweisen, welche in einem Abstand zwischen 0,05 Lambda und 0,6 Lambda, bevorzugt von zwischen 0,15 Lambda und 0,35 Lambda unterhalb einer Oberkante des Schlitzes angeordnet ist. Wird der Schlitz dabei durch sich in Höhenrichtung erstreckende Wandbereiche gebildet, definiert sich die Oberkante des Schlitzes als die Oberkante dieser Wandbereiche in Höhenrichtung. Bei Lambda handelt es sich um die Wellenlänge der Mittenfrequenz des untersten Resonanzfrequenzbereichs des Hohlraumresonatorstrahlers.In a preferred embodiment of the present invention, the cavity resonator has an excitation structure, which is arranged at a distance between 0.05 lambda and 0.6 lambda, preferably between 0.15 lambda and 0.35 lambda, above the bottom of the cavity of the cavity resonator. Alternatively or additionally, the cavity resonator may have an excitation structure which is arranged at a distance between 0.05 lambda and 0.6 lambda, preferably between 0.15 lambda and 0.35 lambda, below an upper edge of the slot. If the slot is formed by wall areas extending in the height direction, the upper edge of the slot is defined as the upper edge of these wall areas in the vertical direction. Lambda is the wavelength of the center frequency of the lowest resonant frequency range of the cavity resonator.
Durch die entsprechende Anordnung der Anregungsstruktur ergibt sich eine besonders gute Resonanz- und Abstrahlcharakteristik des Hohlraumresonatorstrahlers.The corresponding arrangement of the excitation structure results in a particularly good resonance and emission characteristics of the cavity resonator.
Der Dipolstrahler ist bevorzugt in einem Abstand zwischen 0,1 Lambda und 0,6 Lambda, bevorzugt von zwischen 0,15 Lambda und 0,35 Lambda oberhalb des Reflektors angeordnet. Bei Lambda handelt es sich dabei um die Wellenlänge der Mittenfrequenz des untersten Resonanzfrequenzbereichs des Dipolstrahlers. Alternativ oder zusätzlich kann der Dipol eine Länge zwischen 0,3 Lambda und 0,7 Lambda, bevorzugt von zwischen 0,4 Lambda und 0,6 Lambda aufweisen. Auch hier handelt es sich bei Lambda um die Wellenlänge der Mittenfrequenz des untersten Resonanzfrequenzbereichs des Dipolstrahlers. The dipole radiator is preferably arranged at a distance between 0.1 lambda and 0.6 lambda, preferably between 0.15 lambda and 0.35 lambda above the reflector. Lambda is the wavelength of the center frequency of the lowest resonant frequency range of the dipole radiator. Alternatively or additionally, the dipole may have a length between 0.3 lambda and 0.7 lambda, preferably between 0.4 lambda and 0.6 lambda. Again, lambda is the wavelength of the center frequency of the lowest resonant frequency range of the dipole radiator.
Wird der Dipol im Abstand zwischen 0,15 Lambda und 0,35 Lambda oberhalb des Reflektors angeordnet weist dieser eine direktionale Fernfeldcharakteristik auf und im Abstand zwischen 0,4 Lambda und 0,6 Lambda eine bi-direktionale Fernfeldcharakteristik.If the dipole is arranged at a distance between 0.15 lambda and 0.35 lambda above the reflector, this has a directional far field characteristic and a bi-directional far field characteristic at a distance of between 0.4 lambda and 0.6 lambda.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weisen die jeweils neben dem Schlitz angeordneten Bereiche des Reflektors in Breitenrichtung des Schlitzes jeweils ausgehend vom Rand des Schlitzes eine Breite auf, welche mindestens doppelt so groß ist wie die minimale Breite des Spitzes. Bevorzugt ist die Breite jeweils mindestens doppelt so groß wie die maximale Breite des Spitzes. Weiterhin bevorzugt ist die Breite der jeweiligen Bereiche des Reflektors mindestens viermal und weiter bevorzugt mindestens sechsmal so groß wie die minimale Breite des Schlitzes, weiterhin bevorzugt mindestens viermal und weiter bevorzugt mindestens sechsmal so groß wie die maximale Breite des Schlitzes. Durch die Breite des Reflektors und/oder des Schlitzes wird sichergestellt, dass der Dipolstrahler elektrisch im Wesentlichen nur den Reflektor sieht, und daher nicht von dem Hohlraumresonator des Hohlraumresonatorstrahlers beeinflusst wird und eine hohe Richtwirkung und geringe Abstrahlwinkel erzielt.In a preferred embodiment of the present invention, the areas of the reflector in the width direction of the slot, respectively arranged next to the slot in each case starting from the edge of the slot have a width which is at least twice as large as the minimum width of the tip. Preferably, the width is at least twice as large as the maximum width of the tip. Further preferably, the width of the respective areas of the reflector is at least four times and more preferably at least six times as large as the minimum width of the slot, more preferably at least four times and more preferably at least six times as large as the maximum width of the slot. The width of the reflector and / or of the slot ensures that the dipole radiator electrically essentially only sees the reflector, and therefore is not influenced by the cavity resonator of the cavity resonator radiator and achieves a high directivity and low emission angles.
Der erfindungsgemäße Reflektor erstreckt sich bevorzugt in einer Ebene. Die oben genannten Breitenangaben beziehen sich dabei auf die Erstreckung des Reflektors in dieser Ebene. In seinem Randbereich kann der Reflektor weiterhin Abkantungen aufweisen. Der Reflektor kann dabei mechanisch durch eine einzige Reflektorplatte oder durch eine Kombination mehrerer Platten gebildet werden.The reflector according to the invention preferably extends in a plane. The above-mentioned width data refer to the extent of the reflector in this plane. In its edge region, the reflector may continue to have bends. The reflector can be formed mechanically by a single reflector plate or by a combination of several plates.
Der Dipolstrahler und der Hohlraumstrahler der erfindungsgemäßen dual polarisierten Antenne weisen bevorzugt unterschiedliche Polarisationen auf. Insbesondere stehen die Polarisationen dabei orthogonal aufeinander.The dipole radiator and the cavity radiator of the dual-polarized antenna according to the invention preferably have different polarizations. In particular, the polarizations are orthogonal to each other.
Alternativ oder zusätzlich kann sich der Dipolstrahler in Längsrichtung des Schlitzes erstrecken. Bevorzugt erstreckt sich der Dipolstrahler dabei oberhalb des Schlitzes entlang der Mittellinie des Schlitzes. Alternativ oder zusätzlich ist der Dipolstrahler in Längs- und/oder in Breitenrichtung symmetrisch zu den Rändern des Schlitzes ausgerichtet.Alternatively or additionally, the dipole radiator may extend in the longitudinal direction of the slot. In this case, the dipole radiator preferably extends above the slot along the center line of the slot. Alternatively or additionally, the dipole radiator is aligned in the longitudinal and / or in the width direction symmetrically to the edges of the slot.
Erfindungsgemäß können dabei durch die Kombination aus Dipolstrahler und Hohlraumstrahler trotz der jeweiligen Erstreckung entlang der gleichen Längsachse orthogonale Polarisationen der jeweiligen Strahler erreicht werden. Dies ist dadurch begründet, dass der Dipolstrahler einen elektrischen Dipol bildet. Der Hohlraumstrahler, welcher durch den Schlitz abstrahlt, bildet dagegen entlang des Schlitzes einen magnetischen Dipol, sodass die jeweiligen Polarisationen von Dipolstrahler und magnetischem Strahler senkrecht aufeinander stehen. Hierdurch wird eine in Breitenrichtung des Schlitzes äußerst kompakte Anordnung erreicht.According to the invention can be achieved by the combination of dipole radiator and cavity radiator despite the respective extent along the same longitudinal axis orthogonal polarizations of the respective radiator. This is due to the fact that the dipole radiator forms an electric dipole. In contrast, the cavity radiator, which radiates through the slot, forms a magnetic dipole along the slot, so that the respective polarizations of the dipole radiator and the magnetic radiator are perpendicular to one another. As a result, an extremely compact arrangement is achieved in the width direction of the slot.
Bevorzugt weisen der Dipolstrahler und der Hohlraumresonatorstrahler im Wesentlichen den oder die gleichen Resonanzfrequenzbereiche auf. Bevorzugt ist dabei mindestens ein Resonanzfrequenzbereich des einen Strahlers zu mindestens 60% in einem Resonanzfrequenzbereich des anderen Strahlers enthalten, weiterhin bevorzugt zumindest 80%.Preferably, the dipole radiator and the cavity resonator have substantially the same or the same resonant frequency ranges. At least one resonant frequency range of the one radiator is preferably contained at least 60% in a resonant frequency range of the other radiator, furthermore preferably at least 80%.
Alternativ oder zusätzlich können die beiden Strahler für die gleichen Frequenzbänder einsetzbar sein bzw. zum Empfangen und/oder Senden in den gleichen Frequenzbändern genutzt werden.Alternatively or additionally, the two radiators can be used for the same frequency bands or used for receiving and / or transmitting in the same frequency bands.
Der erfindungsgemäße Dipolstrahler und der erfindungsgemäße Hohlraumresonatorstrahler weisen separate Ports auf, und können daher jeweils separat mit Signalen versorgt werden.The dipole radiator according to the invention and the cavity resonator radiator according to the invention have separate ports, and can therefore each be supplied with signals separately.
Die erfindungsgemäße dual polarisierte Antenne eignet sich besonders gut dafür, mit mindestens einer weiteren Antenne und bevorzugt einer Mehrzahl von weiteren Antennen zu einer Antennenanordnung kombiniert zu werden. Bei der oder den weiteren Antennen kann es sich dabei sowohl um weitere erfindungsgemäße dual polarisierte Antennen handeln, als auch um nicht erfindungsgemäß ausgestaltete, gegebenenfalls aber ebenfalls dual polarisierte Antennen.The dual polarized antenna according to the invention is particularly suitable for being combined with at least one further antenna and preferably a plurality of further antennas to form an antenna arrangement. The antenna (s) may be further dual polarized antennas according to the invention or antennas which are not configured according to the invention and which may also be dual polarized.
Die vorliegende Erfindung umfasst daher weiterhin eine Antennenanordnung mit mindestens einer dual polarisierten Antenne, wie sie oben näher beschrieben wurde, sowie mit mindestens einer weiteren Antenne. Bevorzugt umfasst die Antennenanordnung dabei eine Mehrzahl weiterer Antennen. Bei der oder den weiteren Antennen kann es sich dabei um erfindungsgemäße dual polarisierte Antennen handeln, wie sie oben beschrieben wurden, und/oder um nicht erfindungsgemäß aufgebaute weitere Antennen.The present invention therefore further comprises an antenna arrangement with at least one dual-polarized antenna, as described in more detail above, as well as with at least one further antenna. In this case, the antenna arrangement preferably comprises a plurality of further antennas. The antenna (s) may be dual polarized antennas according to the invention, as described above, and / or to not according to the invention constructed further antennas.
In einer möglichen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antennenanordnung kann die weitere Antenne neben dem Dipolstrahler auf dem Reflektor angeordnet sein. Bevorzugt ist die weitere Antenne dabei in Breitenrichtung des Schlitzes neben dem Dipolstrahler auf dem Reflektor angeordnet. Die weitere Antenne kann dabei in Längsrichtung des Schlitzes bzw. des Dipolstrahlers bevorzugt auf der gleichen Höhe angeordnet sein wie der Dipolstrahler. Insbesondere sind dabei der Mittelpunkt der weiteren Antenne und der Mittelpunkt des Dipolstrahlers in Längsrichtung des Schlitzes auf der gleichen Höhe angeordnet.In one possible embodiment of an antenna arrangement according to the invention, the further antenna can be arranged next to the dipole radiator on the reflector. Preferably, the further antenna is arranged in the width direction of the slot next to the dipole radiator on the reflector. The further antenna can be arranged in the longitudinal direction of the slot or the dipole radiator preferably at the same height as the dipole radiator. In particular, the center of the further antenna and the center of the dipole radiator are arranged in the longitudinal direction of the slot at the same height.
Alternativ oder zusätzlich können mindestens zwei weitere Antennen neben dem Dipolstrahler angeordnet sein, wobei die Antennen dabei bevorzugt in Längsrichtung des Schlitzes symmetrisch bezüglich der Mittelachse des Dipolstrahlers angeordnet sind.Alternatively or additionally, at least two further antennas may be arranged next to the dipole radiator, wherein the antennas are preferably arranged symmetrically in the longitudinal direction of the slot with respect to the central axis of the dipole radiator.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind auf beiden Seiten des Dipolstrahlers mindestens eine Antenne angeordnet. Gegebenenfalls können dabei auf beiden Seiten auch mehrere weitere Antennen angeordnet sein. Bevorzugt sind die auf den jeweiligen Seiten des Dipolstrahlers angeordneten Antennen dabei spiegelsymmetrisch bezüglich einer Ebene angeordnet, welche senkrecht auf dem Reflektor steht und sich in Längsrichtung des Schlitzes und/oder des Dipolstrahlers erstreckt.In a particularly preferred embodiment of the present invention, at least one antenna is arranged on both sides of the dipole radiator. Optionally, several other antennas can be arranged on both sides. The antennas arranged on the respective sides of the dipole radiator are preferably arranged mirror-symmetrically with respect to a plane which is perpendicular to the reflector and extends in the longitudinal direction of the slot and / or the dipole radiator.
Bei der oder den oben genannten weiteren Antennen handelt es sich bevorzugt um dual polarisierte Antennen. Diese müssen jedoch nicht erfindungsgemäß ausgestaltet sein. Vielmehr können auch dual polarisierte Antennen eingesetzt werden, bei welchen beide Polarisationen durch Dipole zur Verfügung gestellt werden. Insbesondere kann es sich bei den weiteren Antennen dabei um Antennen handelt, welche zwei orthogonal zueinander ausgerichtete Dipolstrahler aufweisen, insbesondere um Dipolquadrate.The one or more further antennas mentioned above are preferably dual-polarized antennas. However, these need not be designed according to the invention. Rather, dual polarized antennas can also be used in which both polarizations are provided by dipoles. In particular, the further antennas may be antennas which have two dipole radiators oriented orthogonally to one another, in particular around dipole squares.
Bevorzugt handelt es sich bei den weiteren Antennen um Antennen für ein anderes Frequenzband. Bevorzugt handelt es sich dabei um Antennen für ein höheres Frequenzband. Alternativ oder zusätzlich können die weitere oder die weiteren Antennen dabei einen anderen Resonanzfrequenzbereich aufweisen als die Strahler der erfindungsgemäßen dual polarisierten Antenne, insbesondere einen höheren untersten Resonanzfrequenzbereich.The further antennas are preferably antennas for another frequency band. Preferably, these are antennas for a higher frequency band. Alternatively or additionally, the further or the further antennas may have a different resonant frequency range than the emitters of the dual-polarized antenna according to the invention, in particular a higher lowermost resonant frequency range.
Weiterhin alternativ oder zusätzlich kann die weitere oder können die weiteren Antennen eine geringere Höhe über dem Reflektor aufweisen als der Dipolstrahler der erfindungsgemäßen Antenne.Further alternatively or additionally, the further or the further antennas may have a lower height above the reflector than the dipole radiator of the antenna according to the invention.
Bevorzugt weist die mindestens eine weitere Antenne einen Abstand von dem erfindungsgemäßen Dipolstrahler auf, welcher kleiner ist als 2 Lambda und weiterhin bevorzugt kleiner als 1 Lambda, wobei es sich bei Lambda um die Wellenlänge der Mittenfrequenz des untersten Resonanzfrequenzbereiches des Dipolstrahlers handelt. Der Abstand wird dabei bevorzugt als die kleinste Entfernung zwischen einem strahlenden Bereich der weiteren Antenne und einem strahlenden Bereich des erfindungsgemäßen Dipolstrahlers projiziert in die Reflektorebene definiert. Bevorzugt beträgt der Abstand dabei weniger als 0,7 Lambda.The at least one further antenna preferably has a distance from the dipole radiator according to the invention, which is smaller than 2 lambda and furthermore preferably smaller than 1 lambda, where lambda is the wavelength of the center frequency of the lowermost resonance frequency range of the dipole radiator. The distance is thereby preferably defined as the smallest distance between a radiating region of the further antenna and a radiating region of the dipole radiator according to the invention projected into the reflector plane. Preferably, the distance is less than 0.7 lambda.
Die weitere Antenne bzw. die weiteren Antennen können erfindungsgemäß als parasitäre Elemente mit dem Dipolstrahler und/oder dem Hohlraumresonatorstrahler der erfindungsgemäßen Antenne koppeln. Hierdurch wird ein sehr schmales Fernfelddiagramm des Strahlers erreicht. Wird dabei eine symmetrische Anordnung der weiteren Antennen um den erfindungsgemäßen Dipolstrahler gewählt, so wird das Fernfeld dementsprechend symmetrisch beeinflusst.According to the invention, the further antenna or the further antennas can couple as parasitic elements to the dipole radiator and / or the cavity resonator radiator of the antenna according to the invention. This achieves a very narrow far-field diagram of the radiator. If a symmetrical arrangement of the further antennas is selected around the dipole radiator according to the invention, the far field is accordingly influenced symmetrically.
In einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Antennenanordnung mehrere erfindungsgemäße Antennen, wie sie oben beschrieben wurden, umfassen. Die erfindungsgemäßen Antennen weisen dabei bevorzugt eine gemeinsame Reflektorebene auf. Insbesondere können die Antennen dabei einen gemeinsamen Reflektor aufweisen. Beispielsweise kann dabei als Reflektor eine gemeinsame Metallplatte mit Aussparungen für die jeweiligen Oberseiten der Hohlraumresonatoren bzw. die erfindungsgemäßen Schlitze der Hohlraumresonatorstrahler eingesetzt werden. Die Reflektorebene kann jedoch mechanisch auch aus einer Mehrzahl von einzelnen Reflektorplatten zusammengesetzt sein.In an alternative embodiment of the present invention, the antenna arrangement may comprise a plurality of antennas according to the invention as described above. The antennas according to the invention preferably have a common reflector plane. In particular, the antennas can have a common reflector. For example, a common metal plate with recesses for the respective upper sides of the cavity resonators or the slots according to the invention of the cavity resonator radiators can be used as a reflector. However, the reflector plane can also be mechanically composed of a plurality of individual reflector plates.
In einer ersten Ausführungsform können mehrere erfindungsgemäße Antennen, wie sie oben beschrieben wurden, in einer Reihe nebeneinander angeordnet sein. Bevorzugt weisen die Antennen dabei jeweils abwechselnde, weiterhin bevorzugt zueinander orthogonale Ausrichtungen auf. Die erfindungsgemäß bevorzugten Ausgestaltungen des Schlitzes bzw. des Hohlraumresonators erlauben hier eine besonders kompakte Anordnung der einzelnen Antennen zueinander.In a first embodiment, a plurality of antennas according to the invention, as described above, may be arranged in a row next to each other. In this case, the antennas preferably each have alternating, furthermore preferably orthogonal, orientations. The inventively preferred embodiments of the slot or the cavity resonator allow here a particularly compact arrangement of the individual antennas to each other.
Dabei können mehrere solcher Reihen von erfindungsgemäßen Antennen nebeneinander angeordnet werden. In diesem Fall weisen die Antennen bevorzugt auch in einer Richtung senkrecht zu den Reihen jeweils abwechselnde, weiterhin bevorzugt zueinander orthogonale Ausrichtungen auf.In this case, a plurality of such rows of antennas according to the invention can be arranged side by side. In this case, the antennas preferably also in a direction perpendicular to the Rows each alternate, further preferably orthogonal to each other orientations.
In einer weiteren Ausführungsform können mindestens vier erfindungsgemäße Antennen, wie Sie oben beschrieben wurden, in einem Quadrat zueinander angeordnet sein. Insbesondere können die Schlitze dabei jeweils auf den Schenkeln eines Quadrates angeordnet sein.In a further embodiment, at least four antennas according to the invention, as described above, may be arranged in a square to each other. In particular, the slots can be arranged in each case on the legs of a square.
Die erfindungsgemäßen Antennenanordnungen, bei welchen mehrere erfindungsgemäße Antennen miteinander kombiniert werden, können ebenfalls weitere Antennen aufweisen, welche gegebenenfalls nicht erfindungsgemäß ausgestaltet sind. Insbesondere ist dabei eine Kombination mit dem oben beschriebenen Beispiel einer Kombination mit mindestens einer weiteren Antenne, welche auf dem Reflektor angeordnet ist, denkbar.The antenna arrangements according to the invention, in which a plurality of antennas according to the invention are combined with one another, can likewise have further antennas, which may not be configured according to the invention. In particular, a combination with the example described above of a combination with at least one further antenna, which is arranged on the reflector, conceivable.
Insbesondere können dabei weitere Antennen innerhalb und/oder außerhalb des Quadrates auf dem Reflektor angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann neben einer oder mehreren Reihen von erfindungsgemäßen Antennen eine Reihe von weiteren Antennen angeordnet sein.In particular, further antennas can be arranged inside and / or outside the square on the reflector. Alternatively or additionally, a row of further antennas may be arranged next to one or more rows of antennas according to the invention.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen sowie Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigen:The present invention will now be described in more detail with reference to embodiments and drawings. Showing:
In
Erfindungsgemäß sind die beiden Strahler
Erfindungsgemäß wird die erste Polarisation über einen Dipolstrahler
Die einzelnen Bestandteile der erfindungsgemäßen dual polarisierten Antenne sind dabei insbesondere in
In
Rechts unten in
Bei dem in
Im Ausführungsbeispiel ist weiterhin die Anregungsstruktur
Die Deckenplatte
Der Hohlraumresonatorstrahler und der Dipolstrahler sind im Ausführungsbeispiel zu einer orthogonal polarisierten Antenne kombiniert. Dabei erstreckt sich der Dipolstrahler
Der Dipol
Bevorzugte Abmessungen der erfindungsgemäßen dual polarisierten Antenne werden nun anhand von
Ein Resonanzfrequenzbereich ist dabei ein zusammenhängender Frequenzbereich mit einer Anpassung von besser 6 dB (z. B für Mobiltelefonantennen), oder besser 10 dB (z. B. Mikrozellen-Antennen) oder besser 14 dB (z. B. Makrozellenantennen). Als unterster Resonanzfrequenzbereich wird dabei bevorzugt der unterste zum Betrieb der Antenne genutzte Resonanzfrequenzbereich verstanden.A resonant frequency range is a coherent frequency range with a better fit of 6 dB (eg for mobile telephone antennas), or better 10 dB (eg microcell antennas) or better 14 dB (eg macrocell antennas). In this case, the lowest resonant frequency range is preferably understood to be the lowest resonant frequency range used for operating the antenna.
Dabei handelt es sich bei der bezüglich der Bemessung angegebenen Wellenlänge jeweils um die effektive Wellenlänge, d. h. um die Wellenlänge im entsprechenden Medium. Dabei ist es denkbar, den Schlitz und/oder den Hohlraum mit Dielektrikum zu füllen. Hierdurch können Herstellungskosten, Abmessungen sowie elektrische und mechanische Eigenschaften beeinflusst werden.In each case, the wavelength specified with regard to the dimensioning is the effective wavelength, ie. H. around the wavelength in the corresponding medium. It is conceivable to fill the slot and / or the cavity with dielectric. As a result, manufacturing costs, dimensions and electrical and mechanical properties can be influenced.
Insbesondere kann z. B. der Hohlraum komplett mit Dielektrikum gefüllt werden, um die Abmessungen zu verkleinern. In diesem Fall beziehen sich die Bemessungen auf die Wellenlänge Lambda im Dielektrikum. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, den Hohlraum zumindest teilweise mit Dielektrikum zu füllen, um die elektromagnetischen Felder in Richtung auf die Reflektorebene zu binden und/oder zu fokussieren.In particular, z. B. the cavity can be completely filled with dielectric to reduce the dimensions. In this case, the dimensions refer to the lambda wavelength in the dielectric. Alternatively or additionally, it may be provided to fill the cavity at least partially with dielectric in order to bind and / or focus the electromagnetic fields in the direction of the reflector plane.
Bevorzugte Bemessungen des Hohlraumresonatorstrahler werden nun im folgenden anhand von
Der Schlitz
An den mittleren Bereich schließen sich rechts und links Bereiche an, in welchen die Breite des Schlitzes von der ersten Breite B1 zu einer zweiten Breite B1 + B2 ansteigt. Der Anstieg der Breite ist dabei im Ausführungsbeispiel graduell, insbesondere linear. B2 ist dabei kleiner als 0,25 Lambda, bevorzugt kleiner als 0,15 Lambda. Nach einem kurzen Abschnitt mit konstanter Breite B1 + B2 sinkt die Breite nach außen hin wieder zur ersten Breite B1 ab. Auch dies erfolgt graduell, im Ausführungsbeispiel linear.At the middle region, right and left regions adjoin, in which the width of the slit increases from the first width B1 to a second width B1 + B2. The increase in width is gradual in the embodiment, in particular linear. B2 is less than 0.25 lambda, preferably less than 0.15 lambda. After a short section with a constant width B1 + B2, the width decreases from the outside back to the first width B1. This also takes place gradually, linear in the exemplary embodiment.
Der mittlere Bereich
Die erfindungsgemäße Knochenform des Schlitzes mit den seitlichen Bereichen
Die maximale Breite des Schlitzes B1 + B2 ist kleiner als 0,5 Lambda, bevorzugt kleiner als 0,3 Lambda.The maximum width of the slot B1 + B2 is less than 0.5 lambda, preferably less than 0.3 lambda.
Die Gesamtlänge des Schlitzes beträgt 0,2 Lambda bis 1 Lambda, bevorzugt 0,4 Lambda bis 0,8 Lambda.The total length of the slot is 0.2 lambda to 1 lambda, preferably 0.4 lambda to 0.8 lambda.
Die Seitenwände
Im Ausführungsbeispiel sind auch die an den beiden Längsseiten des Schlitzes bzw. des Hohlraumes angeordneten Seitenwände des Hohlraumes in einem gewissen Abstand in Längsrichtung von den Enden des Schlitzes angeordnet. Dies ist jedoch nicht zwingend notwendig.In the embodiment, the arranged on the two longitudinal sides of the slot or the cavity side walls of the cavity are arranged at a certain distance in the longitudinal direction of the ends of the slot. However, this is not absolutely necessary.
Erfindungsgemäß weist der Hohlraumresonator damit bis auf einen konstanten Abstand bzw. Offset die gleiche Form auf wie der Schlitz im Reflektor. Weiterhin kann es sich bei der Form des Hohlraumresonators um eine Vergrößerung der Form des Schlitzes handeln.According to the invention, the cavity resonator thus up to a constant distance or offset the same shape as the slot in the reflector. Furthermore, the shape of the cavity resonator may be an enlargement of the shape of the slot.
Die dargestellte Form des Hohlraums des Hohlraumresonators hat, wie im Folgenden noch näher dargestellt wird, Vorteile bei der Verschachtelung mehrerer erfindungsgemäßer Antennen. Es sind jedoch auch andere Formen des Schlitzes und des Hohlraumes denkbar.The illustrated shape of the cavity of the cavity has, as will be shown in more detail below, advantages in the nesting of several inventive antennas. However, other shapes of the slot and the cavity are conceivable.
Die Gesamtlänge des Hohlraums des Hohlraumresonators L3 beträgt zwischen 0,3 Lambda und 1,5 Lambda, bevorzugt zwischen 0,5 Lambda und 1 Lambda.The total length of the cavity of the cavity L3 is between 0.3 lambda and 1.5 lambda, preferably between 0.5 lambda and 1 lambda.
Bevorzugt betragen B1, B2 und/oder B3 jeweils für sich genommen mehr als 0,05 Lambda, weiter bevorzugt mehr als 0,1 Lambda. B1, B2 and / or B3 in each case are preferably more than 0.05 lambda, more preferably more than 0.1 lambda.
In Höhenrichtung sind im Ausführungsbeispiel die Seitenwände
Die Ränder des Schlitzes
Im Ausführungsbeispiel in
Die Anregungsstruktur
Alternativ oder zusätzlich beträgt der Abstand H1 zwischen der Höhenposition der Anregungsstruktur
In
Der Dipol
Je nach Bandbreite und Antennendiagramm bzw. den gewünschten Fernfeldeigenschaften sind verschiedene Höhen H3 des Dipols
Im folgenden werden unterschiedliche Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Antenne näher beschrieben:
In
In
Bei dem oben in
Bei dem in der Mitte dargestellten Ausführungsbeispiel 003 erstreckt sich die Abkantung von der Ebene der Deckenplatte bzw. des Reflektors sowohl nach oben, als auch nach unten in den Hohlraumresonator hinein.In the
Bei dem unten dargestellten Ausführungsbeispiel 004 erstreckt sich die Abkantung dagegen von der Ebene des Reflektors bzw. der Deckenplatte ausschließlich nach unten in den Hohlraumresonator hinein, und nicht über die Ebene des Reflektors nach oben.In the
Alle drei Ausführungsbeispiele weisen ähnliche Fernfelddiagramme und ähnliche S-Parameter auf und zeigen somit Einflüsse auf die Feinabstimmung der Antenne.All three embodiments have similar far field diagrams and similar S-parameters and thus show influences on the fine tuning of the antenna.
In den drei Ausführungsbeispielen wurde die Lage der Anregungsstruktur
Im Folgenden werden nun mehrere unterschiedliche Ausführungsbeispiele für die Speisung des Dipolstrahlers und des Hohlraumresonanzstrahlers näher dargestellt. In the following, several different embodiments for the supply of the dipole radiator and the cavity resonant radiator will now be described in more detail.
Bei allen beschriebenen kann der Dipolstrahler in einer ersten Variante als Leiterplattenstrahler ausgestaltet sein, und durch einen auf der Leiterplatte angeordneten Wellenleiter gespeist wird. Der Wellenleiter
Die Leiterplatte kann gegebenenfalls auch zur Impedanzanpassung und/oder Zusammenschaltung des Dipols und/oder Hohlraumresonatorstrahlers verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich können auf der Leiterplatte Filterstrukturen und/oder Hybridkoppler und/oder einen Balun und/oder eine Feldsymmetrierungsstruktur zum speisen symmetrischer und/oder differentieller Antennen und/oder andere Strukturen integriert werden. Insbesondere kann es sich auch bei diesen Strukturen um gedruckte Schaltungen handeln, d. h. um Elemente, welche durch die Metallisierung der Leiterplatte zur Verfügung gestellt werden.Optionally, the printed circuit board may also be used for impedance matching and / or interconnection of the dipole and / or cavity resonator. Alternatively or additionally, filter structures and / or hybrid couplers and / or a balun and / or a field balancing structure for feeding symmetrical and / or differential antennas and / or other structures can be integrated on the printed circuit board. In particular, these structures may also be printed circuits, i. H. to elements that are provided by the metallization of the circuit board.
Die Ankoppelung des Koaxialkabels an die Leiterplatte kann sowohl innerhalb des Hohlraums des Hohlraumresonatorstrahlers, als auch außerhalb erfolgen. Erfolgt sie außerhalb, so wird die Leiterplatte bevorzugt in einem Teilabschnitt, welcher den Speisepunkt trägt, aus dem Hohlraum herausgeführt, wobei die Mikrostreifenleitung
In einer zweiten Variante kann der Dipolstrahler als Blechstrahler ausgestaltet sein. In diesem Fall werden die Dipolhälften und Signalleitungen durch eine Blechstruktur gebildet. Die Blechstruktur kann dabei die gleiche Form und/oder Ausgestaltung aufweisen wie die bei der ersten Variante vorgesehene Metallisierung. Es wird lediglich auf ein Substrat verzichtet. Hierdurch können die Kosten erheblich gesenkt werden.In a second variant, the dipole radiator can be designed as a sheet metal radiator. In this case, the dipole halves and signal lines are formed by a sheet metal structure. The sheet metal structure may have the same shape and / or configuration as the metallization provided in the first variant. It is only dispensed with a substrate. This can significantly reduce costs.
Die Anregungsstruktur für den Hohlraumresonatorstrahler ist durch eine Öffnung in einer Seitenwand des Hohlraums des Hohlraumresonatorstrahlers in diesen hineingeführt, und verläuft dort parallel zur Ebene des Reflektors und senkrecht zur Ebene der Leiterplatte des Dipols bzw. senkrecht zur Längserstreckung des Schlitzes.The excitation structure for the cavity resonator is guided into this through an opening in a side wall of the cavity of the cavity resonator, and runs parallel to the plane of the reflector and perpendicular to the plane of the circuit board of the dipole or perpendicular to the longitudinal extent of the slot.
Die Anregungsstruktur erstreckt sich durch eine Aussparung der Leiterplatte bzw. Blechstruktur des Dipols hindurchgeführt.The excitation structure extends through a recess in the printed circuit board or sheet metal structure of the dipole.
Der Dipol ist dabei bezüglich der Längserstreckung und/oder bezüglich der Breitenrichtung des Schlitzes mittig über dem Schlitz angeordnet. Gleiches gilt im Ausführungsbeispiel für die Signalleitung, welche von der Oberkante des Schlitzes nach oben zu den beiden Dipolhälften
In
Dabei erfolgt die Speisung des Dipols über einen Speisepunkt
Das Koaxialkabel
Die Anregungsstruktur
Im Ausführungsbeispiel in
Dem in
Bei den in
Die Leiterplatte
Die Anregungsstruktur wird dabei durch einen Metallisierungsstreifen
Für die konkrete Form der Metallisierung
Bei dem in
Der Speisepunkt
In
Bei dem in
Das in
Die Leiterplatte
Die Leiterplatte
Wie in
Das in
Allgemein können die Enden der jeweiligen Metallisierung bzw. Blechstruktur, welche die Anregungsstruktur
Die erfindungsgemäße dual polarisierte Antenne eignet sich besonders gut zur Verwendung in einer Gruppenantenne, bei welchen die erfindungsgemäße dual polarisierte Antenne mit mindestens einer weiteren Antenne zu einer Antennenanordnung kombiniert und/oder verschachtelt ist.The dual polarized antenna according to the invention is particularly suitable for use in a group antenna in which the dual polarized antenna according to the invention is combined with at least one further antenna to form an antenna arrangement and / or nested.
Zum einen ist eine Verschachtelung der erfindungsgemäßen Antenne mit anders ausgestalteten Strahlern bzw. anders ausgestalteten Antennen, wie z. B. Vektordipolen oder Kreuzdipolen, denkbar. Die weitere Antenne bzw. weiteren Antennen können dabei im gleichen Frequenzband und/oder in einem unterschiedlichen Frequenzband betrieben werden als die erfindungsgemäße dual polarisierte Antenne. Bevorzugt weisen die weitere Antenne bzw. die weiteren Antennen gegenüber den Resonanzfrequenzbereichen der erfindungsgemäßen dual polarisierten Antenne andere Resonanzfrequenzbereiche auf.On the one hand is a nesting of the antenna according to the invention with differently designed radiators or differently configured antennas, such. As vector dipoles or cross dipoles, conceivable. The further antenna or further antennas can be operated in the same frequency band and / or in a different frequency band than the dual-polarized antenna according to the invention. The further antenna or the further antennas preferably have different resonance frequency ranges compared with the resonance frequency ranges of the dual-polarized antenna according to the invention.
In
Bei den beiden weiteren Antennen
Die weiteren Strahler werden im Ausführungsbeispiel für einen Frequenzbereich eingesetzt, welcher über dem Frequenzbereich der erfindungsgemäßen Antenne liegt. Entsprechend ist die Höhe der Antennen
Im Ausführungsbeispiel wird die erfindungsgemäße Antenne für den Frequenzbereich 1427 bis 1550 MHz eingesetzt, und weist einen hierfür optimierten Frequenzbereich auf. Die weiteren Antennen
Die in
Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Antennenanordnung mit hoher Integrationsdichte ist in
Alternativ oder zusätzlich zur Kombination mit weiteren, andersartigen Antennen können auch mehrere erfindungsgemäße Antennen miteinander verschachtelt werden. Auch hier können die erfindungsgemäßen Antennen für die gleichen und/oder verschiedene Frequenzbänder bzw. mit den gleichen und/oder verschiedenen Resonanzfrequenzbereichen eingesetzt werden.Alternatively or in addition to the combination with other, different types of antennas, a plurality of antennas according to the invention can also be interleaved with one another. Here too, the antennas according to the invention can be used for the same and / or different frequency bands or with the same and / or different resonance frequency ranges.
In
In
Bei der in
Weiterhin sind innerhalb des durch die erfindungsgemäßen Antennen gebildeten Quadrates weitere Strahler
In einer möglichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können mehrere Strahler der Antenne oder Antennenanordnung miteinander kombiniert werden, um über die Zusammenschaltung eine Impedanzkompensation und/oder Phasenkompensation und/oder eine Fernfeldkompensation vorzunehmen.In one possible embodiment of the present invention, a plurality of radiators of the antenna or antenna arrangement can be combined with one another in order to carry out an impedance compensation and / or phase compensation and / or a far-field compensation via the interconnection.
Beispielsweise können auch unabhängig von der Kombination der erfindungsgemäßen Antenne mit weiteren Antennen der erfindungsgemäße Dipolstrahler und der erfindungsgemäße Hohlraumresonatorstrahler zusammengeschaltet werden.For example, the dipole radiator according to the invention and the cavity resonator radiator according to the invention can also be interconnected independently of the combination of the antenna according to the invention with other antennas.
Werden mehrere erfindungsgemäße Strahler eingesetzt, können auch diese beliebig zusammengeschaltet werden. Dies gilt insbesondere auch für die in
Des Weiteren ist es bei allen erfindungsgemäßen dual polarisierten Antennen denkbar, eine Polarisationsdrehung von einem VH-Pol auf einen X-Pol vorzunehmen. Dies kann entweder durch eine räumliche Drehung der Antenne, und/oder durch eine elektrische Zusammenschaltung der Strahler erfolgen. Eine solche Zusammenschaltung kann dabei z. B. über 90°/180°, x-Grad-Hybridkoppler erfolgen.Furthermore, it is conceivable for all the dual-polarized antennas according to the invention to perform a polarization rotation from a VH pole to an X pole. This can be done either by a spatial rotation of the antenna, and / or by an electrical interconnection of the radiator. Such interconnection can be z. B. over 90 ° / 180 °, x-degree hybrid coupler.
Die erfindungsgemäße Antenne zeichnet sich durch eine relativ starke Ausrichtung des Fernfelddiagrammes aus. Insbesondere weist die Antenne dabei bevorzugt eine Halbwertsbreite des Fernfelddiagrammes von 90° oder weniger auf. Werden weitere Antennen neben der erfindungsgemäßen Antenne platziert, kann hierdurch die Halbwertsbreite auf weniger als 80° reduziert werden, bevorzugt auf weniger als 65°.The antenna according to the invention is characterized by a relatively strong orientation of the far field diagram. In particular, the Antenna thereby prefers a half width of the far field diagram of 90 ° or less. If further antennas are placed next to the antenna according to the invention, the half-width can hereby be reduced to less than 80 °, preferably to less than 65 °.
Im Ausführungsbeispiel wurde die erfindungsgemäße Antenne für den Frequenzbereich von 880 und 960 MHz optimiert. Das Strahlerkonzept ist jedoch problemlos skalierbar. Insbesondere ist es denkbar, das erfindungsgemäße Strahlerkonzept beim höheren Frequenzbereich zu verwenden. Des weiteren ist auch eine Verdopplung oder Vervielfachung der Bandbreite denkbar.In the exemplary embodiment, the antenna according to the invention has been optimized for the frequency range of 880 and 960 MHz. However, the spotlight concept is easily scalable. In particular, it is conceivable to use the radiator concept according to the invention at the higher frequency range. Furthermore, a doubling or multiplication of the bandwidth is conceivable.
Bevorzugt weisen der Dipolstrahler und der Hohlraumstrahler im Wesentlichen übereinstimmende Resonanzfrequenzbereiche auf. Insbesondere überlappt sich dabei der Resonanzfrequenzbereich des einen Strahlers, insbesondere des Dipolstrahlers, um mindestens 80° seiner Überstreckung mit dem untersten Resonanzfrequenzbereich des anderen Strahlers, insbesondere des Hohlraumresonatorstrahlers.Preferably, the dipole radiator and the cavity radiator have substantially matching resonant frequency ranges. In particular, the resonant frequency range of one radiator, in particular of the dipole radiator, overlaps at least 80 ° of its overextension with the lowest resonant frequency range of the other radiator, in particular the cavity radiator.
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